Elektrochemischer Wirbelbettreaktor für elektroenzymatische Synthesen unter Einsatz einer Gasphase – Teil II: Modellierung, Scale-up und in-line Prozessüberwachung - eBiotech DFG-Schwerpunktprogramm (SPP) 2240

Elektrochemischer Wirbelbettreaktor für elektroenzymatische Synthesen unter Einsatz einer Gasphase – Teil II: Modellierung, Scale-up und in-line Prozessüberwachung

In der ersten Projektphase konnte erstmalig eine Wirbelbettelektrode für den Einsatz in bioelektrochemischen Reaktoren etabliert werden. Ziel des aktuellen Projektes ist es weiter innovative, effiziente und skalierbare elektrochemische Wirbelbettreaktoren für elektroenzymatische und perspektivisch auch elektromikrobielle Synthesen unter Einsatz einer Gasphase zu entwickeln. Die Effizienz des Reaktors soll durch die in-situ Generierung von Wasserstoffperoxid gezeigt werden, das direkt von Peroxygenasen für Oxyfunktionalisierungsreaktionen unterschiedlichster Substrate eingesetzt wird. Das anwendungsorientierte Design der Wirbelbettelektrode demonstriert Skalierbarkeit und Praktikabilität und erleichtert den kontinuierlichen Betrieb sowie den einfachen Austausch von Enzymträgern ohne Umbau des Reaktors. Zusätzlich soll eine empfindliche, schnelle Massenspektrometrie zur Echtzeitüberwachung der chemischen Leistungskennzahlen integriert werden. Gekoppelt mit den elektrischen Indikatoren des Potentiostates ermöglicht dies ein verbessertes Prozessverständnis und schnelles Testen neuer Substrate, Cofaktoren und Enzyme ohne die Etablierung aufwendiger Untersuchungsroutinen. Darüber hinaus werden wir unsere Modellierungsbemühungen ausweiten, um das Reaktordesign zu verfeinern, und durch Simulationen andere SPP-Mitglieder bei der Identifizierung, Behandlung und Überwindung von Prozesslimitationen zu unterstützen.

Publikationen

Tschöpe A, Franzreb M (2021) Influence of non-conducting suspended solids onto the efficiency of electrochemical reactors using fluidized bed electrodes. Chemical Engineering Journal: https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.130322

Klaiber M, Tschöpe A, Cu K, Waibel I, Heißler S, Franzreb M, Lahann J (2022) Multifunctional Core–Shell Particle Electrodes for Application in Fluidized Bed Reactors. ACS Applied Engineering Materials: https://doi.org/10.1021/acsaenm.2c00072

Sapotta B, Schwotzer M, Franzreb M (2022) Practical Insights into the Impedance Response of Interdigitated Electrodes: Extraction of Relative Static Permittivity and Electrolytic Conductivity. Electroanalysis: https://doi.org/10.1002/elan.202200102

Greifenstein R, Ballweg T, Hashem T, Gottwald R, Achauer D, Kirschhöfer F, Nusser M, Brenner-Weiß G, Sedghamiz E, Wenzel W, Mittmann E, Rabe K, Niemeyer C, Franzreb M, Wöll C (2022) MOF-Hosted Enzymes for Continuous Flow Catalysis in Aqueous and Organic Solvents. Angewandte Chemie: https://doi.org/10.1002/anie.202117144

Bolat S, Greifenstein R, Franzreb M und Holtmann D (2023) Process intensification using immobilized enzymes. Physical Sciences: https://doi.org/10.1515/psr-2022-0110

Sayoga G, Abt M, Teetz N, Bueschler V, Liese A, Franzreb M, Holtmann D (2023) Quantitative and non-quantitative assessments of enzymatic electrosynthesis: a case study of parameter requirements. ChemElectroChem: e202300226. https://doi.org/10.1002/celc.202300226

Abt M, Franzreb M, Jestädt M, Tschöpe A (2023) Three-phase fluidized bed electrochemical reactor for the scalable generation of hydrogen peroxide at enzyme compatible conditions. Chemical Engineering Journal: https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.146465